CN104926064A - 一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥脱水性能改善技术领域，尤其是一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，通过先采用酸液调节pH值，加入壳聚糖后高速搅拌一定时间，低速搅拌10-15min，再采用超声处理，进而使得污泥中的结合水、吸附水、间隙水以及自由水部分脱出，进而使得污泥中的含水量由98％以上降低至68％以下，降低污泥的毛细管吸水时间，提高了污泥处理上清液中的多糖和蛋白质含量，改善了污泥的脱水性能和脱出水的品质，并且操作方法简单，能耗低，成本低。

Description

一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法

技术领域

本发明涉及污泥脱水性能改善技术领域，尤其是一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法。

背景技术

污泥是城市污水处理厂活性污泥法处理废水的副产物，其有效处理已成为城市污水处理厂正常运行的关键环节之一。但由于污泥的含水率高、体积大，且水分难以脱除的特征，使得大量的污泥堆存，进而导致污水处理厂的进一步的运行受到阻碍。污泥中所含的水分存在着四种形态，即间隙水、自由水、表面吸附水、内部结合水。并且污泥为絮状胶体集合而成，当施加外力时，胶状的细小颗粒就会堵塞形成滤桥，增大了污泥中污水通过过滤除去的比阻值，造成机械脱出，如离心脱出污泥中的水分难度较大，脱出率较低，进而造成污泥中的水分含量较高，进一步的使得污泥的体积庞大，进而阻碍了污水处理厂的正常运行。

对于污泥的处理方法在现有技术中较多，其中较受欢迎的还是化学调理方法，在这个过程中，采用絮凝剂对污泥进行处理，进而使得污泥的脱水性能得到改善，但是，在现有技术中，采用的絮凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)，如专利号为CN201410064855的一种回收氮磷并处理污泥脱水性能的技术方案；但是，其中的PAM的单体流入环境中后，可能致畸、致癌、致突变，对生物体会带来很大危害，存在着二次污染的风险；同时，PAC处理过程中，由于对污泥的处理方式不恰当，进而导致铝离子流露到环境中，造成环境的二次污染。

为此，对于污泥处理过程中，有研究者引进了超声处理技术，该技术对污泥的脱水性能有所促进和改善，但单纯超声处理会释放大量的胞外聚合物，增加污泥离心出水的COD，使出水水质变差；且单纯超声效果并不显著，操作条件难控制；并且，如果超声波处理过程中，其超声密度较密，超声处理时间较长，依然会导致污泥颗粒改变，进而导致污泥的脱水性能较差。

故而，本领域研究者有必要对污泥的进一步处理，提高污泥的脱水性能进行新技术的研究，进而为污水处理厂提供保障，同时，超声波联合壳聚糖处理污泥的技术还未见有任何文献公开。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，处理效率高、成本低、绿色环保无二次污染，提高污泥的脱水性能显著。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥置于调节池中，并向其中加入酸液调节污泥的pH值为4-6.5，再向其中按照每升污泥加入600-800mg壳聚糖，再采用磁力搅拌器先以290-310r/min搅拌处理0.9-1.2min，再调整搅拌速度为47-53r/min搅拌处理10-15min；通过将污泥采用酸液调节其pH值，进而使得PH值呈现出酸性，进而在将壳聚糖加入其中后，首先采用高速短时间搅拌处理，使得壳聚糖在酸性作用下，其分子链上的氨基发生质子化，进而提高壳聚糖对污泥的絮凝性能，并在后期的慢速搅拌过程中，通过壳聚糖中质子化的成分与污泥进行反应，进而使得污泥中的自由水、表面吸附水和部分间隙水得到显露出来；

(2)将步骤(1)处理待用的污泥采用超声波处理，超声波处理是将超声探头浸没于污泥液面下80-120mm处，并调整超声频率为20-200kHz，声能密度控制在0.3-0.6W/mL，超声处理1-5min，再将其置于离心脱水机中进行离心脱水处理，即可完成污泥脱水性能的改善。通过第一步骤中的壳聚糖处理之后，使得自由水、吸附水和部分间隙水显露出来之后，进而使得污泥聚沉在水面下，再结合步骤2中的超声处理，并通过对超声探头与污泥的接触情况进行限定，进而使得超声处理过程中，污泥性能发生变化更加均匀，再结合超声处理过程中的能耗控制，进而降低了超声处理过程中的能耗，尤其是通过控制超声频率，超声声能密度以及超声处理时间，进而使得超声产生的空化效应不会过分破坏污泥颗粒，进而降低了污泥的比阻值，提高了污泥的脱水性能。

所述的酸液为盐酸、硫酸、或者酸生产车间的废酸。

所述的酸生产车间的废酸为硫酸和/或者盐酸生产车间的废酸。

所述的盐酸或者硫酸的摩尔浓度为0.1-1mol/l。

所述的超声频率为50-150kHz。

所述的超声处理时间为3min。

所述的离心脱水机的转速为1000-5000r/min。

壳聚糖广泛存在于节肢动物虾、蟹和昆虫的外壳以及贝类、软体动物的外壳和软骨中，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源。壳聚糖分子链内的六元环平面有一定角度，侧链上有羟甲基、羟基和胺基等活性基团，决定了壳聚糖除了吸附、架桥，还有普通絮凝剂所没有的螯合、交联功能。

本发明将壳聚糖与超声波进行耦合联用对污泥进行处理，进而使得壳聚糖对污泥中的四种水分形态进行深度处理与脱出，进而提高了超声处理后的污泥的脱水性能。并通过超声波的使用，减少了壳聚糖的使用量，通过壳聚糖的使用，降低了超声波处理的时间、超声波处理的频率，进而降低了超声波的能耗，降低了污泥处理的成本，提高了污泥的处理效率和提高了污泥的脱水性能。

本发明中采用壳聚糖与超声耦合处理的原理为：壳聚糖先在酸液中发生氨基质子化，进而通过电荷作用降低污泥中的自由水、吸附水和间隙水含量，进而使得上述三种类型的水显露出来，再结合超声处理，使得污泥中的胞体水以及结合水显露出来，再通过对超声处理的频率、声能密度以及超声处理时间的控制，进而使得污泥的颗粒性能不会遭受过分破坏，进而提高了污泥的脱水性能。

并且，本发明还通过将本发明的技术方案与单独采用壳聚糖处理以及单独采用超声波处理进行对比试验，并得出：其毛细管吸水时间下降25％-40％，上清液中多糖、蛋白质浓度增加10％-25％，离心后污泥含水率降至68.3％以下，并且壳聚糖无毒无污染，进而不会造成环境的二次污染，具有显著的进步性。

并且，本发明的操作方法简单，处理过程中的成本较低，能耗低，对污泥的脱水性能改善明显。

再者，本发明还结合现有技术对污泥脱水性能的改善进行了对比试验，对比组采用的是专利号为CN201410064855的一种回收氮磷并处理污泥脱水性能的技术方案，本发明相比该专利号的方案来说，其处理后的污泥的毛细管吸水时间下降幅度高出6-7个百分点，上清液中多糖、蛋白质浓度增加幅度高出5-9个百分点，明显了改善了污泥脱出的水的品质，并且也明显的改善了污泥的脱水性能。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥置于调节池中，并向其中加入酸液调节污泥的pH值为4，再向其中按照每升污泥加入600mg壳聚糖，再采用磁力搅拌器先以290r/min搅拌处理0.9min，再调整搅拌速度为47r/min搅拌处理10min；

(2)将步骤1)处理待用的污泥采用超声波处理，超声波处理是将超声探头浸没于污泥液面下80mm处，并调整超声频率为20kHz，声能密度控制在0.3W/mL，超声处理1min，再将其置于离心脱水机中进行离心脱水处理，即可完成污泥脱水性能的改善。

所述的酸液为盐酸，摩尔浓度为0.1mol/l。

所述的离心脱水机的转速为1000r/min

实施例2

一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥置于调节池中，并向其中加入酸液调节污泥的pH值为6.5，再向其中按照每升污泥加入800mg壳聚糖，再采用磁力搅拌器先以310r/min搅拌处理1.2min，再调整搅拌速度为53r/min搅拌处理15min；

(2)将步骤1)处理待用的污泥采用超声波处理，超声波处理是将超声探头浸没于污泥液面下120mm处，并调整超声频率为200kHz，声能密度控制在0.6W/mL，超声处理5min，再将其置于离心脱水机中进行离心脱水处理，即可完成污泥脱水性能的改善。

所述的酸液为硫酸，摩尔浓度为1mol/l。

所述的离心脱水机的转速为5000r/min

实施例3

一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥置于调节池中，并向其中加入酸液调节污泥的pH值为5.5，再向其中按照每升污泥加入700mg壳聚糖，再采用磁力搅拌器先以300r/min搅拌处理1min，再调整搅拌速度为50r/min搅拌处理13min；

(2)将步骤1)处理待用的污泥采用超声波处理，超声波处理是将超声探头浸没于污泥液面下100mm处，并调整超声频率为100kHz，声能密度控制在0.5W/mL，超声处理3min，再将其置于离心脱水机中进行离心脱水处理，即可完成污泥脱水性能的改善。

所述的酸液为酸生产车间的废酸，并且该废酸为硫酸和/或者盐酸生产车间的废酸，摩尔浓度为0.5mol/l。

所述的离心脱水机的转速为3000r/min

本发明还通过以下具体的实验例对本发明所能产生的技术效果进行的探讨，并且在采用与单独的超声波处理和单独的壳聚糖处理作出对比试验，同时也采用的按照专利号为CN201410064855作为对照试验组，进而得出如下结论：

实验污泥为：贵州遵义市某污水处理厂的剩余污泥。

基本性质为：pH 6.7，原始污泥含水率98.7％，离心后含水率87.9％，污泥比阻3.14×1011s2/g，毛细吸水时间60.1s。

A，采用本发明的处理方案为：取5000mL污泥置于容器中，采用0.5mol/L盐酸调节污泥pH值至4.5，加入800mg/L的壳聚糖，用磁力搅拌器在300r/min转速下先快速搅拌1min，改为50r/min再慢速搅拌15min；将污泥用锡箔纸封口，将超声探头浸没于污泥液面下50mm处，在超声频率为100kHz，声能密度为0.4W/mL、超声时间为2min，再离心脱水处理。

B，单独超声：在上述步骤中，仅仅只采用超声处理，不加入壳聚糖；

C，单独壳聚糖：在上述步骤中，加入壳聚糖后，不采用超声处理；

D，专利号为CN201410064855的处理按照其公开的技术方案进行处理上述污泥。

并对上述实验操作的步骤得出来的各自的结果进行统计，其结果如表1所示：下述结果均是与上述污泥做对比

表1：

由上表的结果可以看出，本发明的技术方案具有明显的进步，对于污泥处理之后，其含水率得到较大幅度的下降，同时也增加了处理出来的水中的多糖以及蛋白质的含量，并且降低了毛细管吸水时间，进而改善了污泥的脱水性能。

Claims (7)

1.一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将污泥置于调节池中，并向其中加入酸液调节污泥的pH值为4-6.5，再向其中按照每升污泥加入600-800mg壳聚糖，再采用磁力搅拌器先以290-310r/min搅拌处理0.9-1.2min，再调整搅拌速度为47-53r/min搅拌处理10-15min；

(2)将步骤(1)处理待用的污泥采用超声波处理，超声波处理是将超声探头浸没于污泥液面下80-120mm处，并调整超声频率为20-200kHz，声能密度控制在0.3-0.6W/mL，超声处理1-5min，再将其置于离心脱水机中进行离心脱水处理，即可完成污泥脱水性能的改善。

2.如权利要求1所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述的酸液为盐酸、硫酸、或者酸生产车间的废酸。

3.如权利要求2所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述的酸生产车间的废酸为硫酸和/或者盐酸生产车间的废酸。

4.如权利要求2所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述的盐酸或者硫酸的摩尔浓度为0.1-1mol/l。

5.如权利要求1所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述的超声频率为50-150kHz。

6.如权利要求1所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述的超声处理时间为3min。

7.如权利要求1所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述的离心脱水机的转速为1000-5000r/min。